Vědci z Microsoftu a Washingtonské univerzity předvedli první plně automatizovaný, čitelný systém ukládání dat pro uměle vytvořenou DNA. Jde o klíčový krok k přesunu nové technologie z výzkumných laboratoří do komerčních datových center.
Vývojáři koncept prokázali jednoduchým testem: slovo „ahoj“ úspěšně zakódovali do fragmentů syntetické molekuly DNA a převedli je zpět na digitální data pomocí plně automatizovaného end-to-end systému, který je popsán v
Molekuly DNA mohou uchovávat digitální informace ve velmi vysokých hustotách, tedy ve fyzickém prostoru, který je o mnoho řádů menší než ten, který zabírají moderní datová centra. Je to jedno ze slibných řešení pro ukládání obrovského množství dat, které svět každý den generuje, od obchodních záznamů a videí roztomilých zvířat až po lékařské fotografie a snímky z vesmíru.
Microsoft zkoumá způsoby, jak překlenout potenciální propast mezi nimi
„Naším hlavním cílem je spustit systém, který bude pro koncového uživatele vypadat téměř stejně jako jakýkoli jiný cloudový úložný systém: informace se odesílají do datového centra a tam se ukládají a pak se jednoduše objeví, když je klient potřebuje. “ říká výzkumnice Sr. Microsoft Karin Strauss. "Abychom toho dosáhli, museli jsme dokázat, že to dává praktický smysl z hlediska automatizace."
Informace jsou uloženy v syntetických molekulách DNA vytvořených v laboratoři, nikoli v DNA lidí nebo jiných živých věcí, a mohou být před odesláním do systému zašifrovány. Ačkoli složité stroje, jako jsou syntezátory a sekvencery, již provádějí klíčové části procesu, mnoho z mezikroků dosud vyžadovalo ruční práci ve výzkumné laboratoři. "Není vhodný pro komerční použití," řekl Chris Takahashi, vedoucí výzkumný pracovník na Paul Allen School of Computer Science and Engineering na USF (
„Nemůžete nechat lidi běhat po datovém centru s pipetami, je to příliš náchylné k lidské chybě, je to příliš drahé a zabírá to příliš mnoho místa,“ vysvětlil Takahashi.
Aby tato metoda ukládání dat měla komerčně smysl, musí být sníženy náklady na syntézu DNA – vytváření základních stavebních bloků smysluplných sekvencí – a na proces sekvenování potřebný ke čtení uložených informací. Výzkumníci říkají, že toto je směr
Automatizace je podle výzkumníků Microsoftu dalším klíčovým kouskem skládačky, díky níž je ukládání dat v komerčním měřítku a cenově dostupnější.
Za určitých podmínek může DNA vydržet mnohem déle než moderní archivní úložné systémy, které se po desetiletí degradují. Některým DNA se podařilo přežít v méně než ideálních podmínkách po desítky tisíc let – v mamutích klech a v kostech raných lidí. To znamená, že data lze tímto způsobem uchovávat, dokud existuje lidstvo.
Automatizovaný systém ukládání DNA využívá software vyvinutý společností Microsoft a University of Washington (UW). Převádí jedničky a nuly digitálních dat na sekvence nukleotidů (A, T, C a G), které jsou „stavebními kameny“ DNA. Systém pak používá levné, většinou běžně dostupné laboratorní vybavení k dodávání potřebných tekutin a činidel do syntetizátoru, který shromažďuje vyrobené fragmenty DNA a umístí je do skladovacího kontejneru.
Když systém potřebuje extrahovat informace, přidá další chemikálie, aby správně připravil DNA, a pomocí mikrofluidních čerpadel tlačí tekutiny do částí systému, které čtou sekvence molekul DNA a převádějí je zpět na informace, kterým počítač rozumí. Vědci tvrdí, že cílem projektu nebylo dokázat, že systém může fungovat rychle nebo levně, ale jednoduše ukázat, že automatizace je možná.
Jednou z nejviditelnějších výhod automatizovaného systému ukládání DNA je to, že umožňuje vědcům řešit složité problémy, aniž by ztráceli čas hledáním lahviček s činidly nebo monotónním přidáváním kapek kapaliny do zkumavek.
„Automatizovaný systém pro opakující se práci umožňuje laboratořím zaměřit se přímo na výzkum a vyvíjet nové strategie pro rychlejší inovace,“ řekl výzkumník Microsoftu Bihlin Nguyen.
Tým z Laboratoře molekulárních informačních systémů
Výzkumníci také vyvinuli metody pro
„S jistotou můžeme říci, že jsme svědky zrodu nového typu počítačového systému, ve kterém se molekuly používají pro ukládání dat a elektronika pro řízení a zpracování. Tato kombinace otevírá velmi zajímavé možnosti do budoucna,“ řekl profesor Allen School z University of Washington.
Na rozdíl od počítačových systémů na bázi křemíku musí úložné a výpočetní systémy založené na DNA používat k pohybu molekul tekutiny. Ale kapaliny jsou svou povahou odlišné od elektronů a vyžadují zcela nová technická řešení.
Tým University of Washington ve spolupráci s Microsoftem také vyvíjí programovatelný systém, který automatizuje laboratorní experimenty pomocí vlastností elektřiny a vody k pohybu kapiček na mřížce elektrod. Kompletní sada softwaru a hardwaru tzv
Cílem je automatizovat laboratorní experimenty, které se v současnosti provádějí ručně nebo pomocí drahých robotů manipulujících s kapalinami, a snížit náklady.
Mezi další kroky týmu MISL patří integrace jednoduchého, komplexního automatizovaného systému s technologiemi, jako je Purple Drop, a dalšími technologiemi, které umožňují vyhledávání molekul DNA. Výzkumníci záměrně vyrobili svůj automatizovaný systém modulární, aby se mohl vyvíjet s novými technologiemi pro syntézu DNA, sekvenování a manipulaci.
„Jednou z výhod tohoto systému je, že pokud chceme nahradit jednu z částí něčím novým, lepším nebo rychlejším, můžeme novou část jednoduše zapojit,“ řekl Nguyen. "To nám dává větší flexibilitu do budoucna."
Horní obrázek: Výzkumníci z Microsoftu a University of Washington zaznamenali a spočítali slovo „ahoj“, využívající první plně automatizovaný systém ukládání dat DNA. Jde o klíčový krok v přesunu nové technologie z laboratoří do komerčních datových center.
Zdroj: www.habr.com